Đang tải... (xem toàn văn)
Trong nhiều ứng dụng điều khiển thiết bị điện thì điều khiển từ xa là cái mà người ta hay dùng nhất trong hiện nay bởi vì tính linh hoạt và tiện của nó Điều khiển từ xa chúng ta nhìn thấy nhiều nhất là cái điều khiển từ xa của tivi bây giờ chúng ta muốn nó điều khiển các thiết bị khác như là đèn, quạt, mợtơ bơm nước
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa: Cơ Khí BÀI TẬP LỚN MÁY TỰ ĐỘNG ĐỀ TÀI: Tìm Hiểu Về Cảm Biến IR (Cảm Biến Hồng Ngoại) Ứng Dụng Điều Khiển 4 LED Nhóm sinh viên thực hiện: - Nguyễn Văn Thái - Ngô Mạnh Thắng - Ngô Tiến Thành - Đào Văn Thanh Lớp: Cơ Điện Tử 1 – Khoá 14 1 Cảm Biến Hồng Ngoại Trong nhiều ứng dụng điều khiển thiết bị điện thì điều khiển từ xa là cái mà người ta hay dùng nhất trong hiện nay bởi vì tính linh hoạt và tiện của nó! Điều khiển từ xa chúng ta nhìn thấy nhiều nhất là cái điều khiển từ xa của tivi bây giờ chúng ta muốn nó điều khiển các thiết bị khác như là đèn, quạt, mợ-tơ bơm nước, TV… bằng sóng hồng ngoại thì cái này không khác mấy so với cái điều khiển tivi của chúng ta nhưng chúng ta phải cách ly được phần điều khiển và công suất! Với bài viết này sẽ hướng dẫn và đi sâu vào thiết kế mạch điều khiển các thiết bị gia dụng bằng sóng hồng ngoại thông qua việc sử dụng 1 đôi PT2248 và PT2249 Hình 1: Cảm Biến Hồng Ngoại PT2249A 2 I, Các Khái Niệm Cơ Bản Về Cảm Biến Hồng Ngoại: 1, Ánh sáng hồng ngoại: Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng từ 0.86μm đến 0.98μm. Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng. Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt 3 mega bit/s. Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với song điện từ mà người ta vẫn dùng. Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng. Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng ( sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự …). Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vật chất. Có những vật chất ta thấy nó dưới một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt. Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài. 2, Nguyên lý thu phát hồng ngoại: Việc thu hoặc phát bức xạ hồng ngoại bằng nhiều phương tiện khác nhau, có thể nhận tia hồng ngoại từ ánh sáng mặt trời. Nhiều thứ có thể phát tia hồng ngoại như: lò bức xạ, lò điện, đèn, cơ thể người,… Để có thể truyền tia hồng ngoại tốt phải tránh xung nhiễu bắt buộc phải dùng mã phát và nhận ổn định để xác định xem đó là xung truyền hay nhiễu.Tần số làm việc tốt nhất từ 30 KHz đến 60 KHz, nhưng thường sử dụng khoảng 36 KHz. Ánh sáng hồng ngoại truyền 36 lần/1s khi truyền mức 0 hay mức . Dùng tần số 36 KHz để truyền tín hiệu hồng ngoại thì dễ, nhưng khó thu và giải mã phải sử dụng bộ lọc để tín hiệu ngõ ra là xung vuông, nếu ngõ ra có xung nghĩa là đã nhận được tín hiệu ở ngõ vào. 3 a, Phần phát: Hình 2: Sơ đồ khối chức năng - Khối chọn chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mổĩ phím chức năng tương ứng với một số thập phân. Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bít 0 và 1. Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit… tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít. - Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì dồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit. - Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp. Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh. - Khối điều chế và phát FM: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz 4 đến 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn, nghĩa là tăng cự ly phát. - Khối thiết bị phát : là một LED hồng ngoại. Khi mã lệnh có giá trị bit =’1’ thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó. Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LED không sáng. Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’ . b, Phần thu: Hình 3: Sơ đồ khối chức năng - Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện quang khác. - Khối khuếch đại và Tách sóng: trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh. - Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển. - Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ, đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính xác. 5 II, Tổng quan linh kiện được sử dụng trong mạch: 1, IC phát tín hiệu hồng ngoại PT2248: Đây là một bộ truyền phát tia hồng ngoại ứng dụng bởi công nghệ CMOS. PT2249 kết hợp với PT2248 tạo ra 10 chức năng.Với cách tổ hợp như vậy, có thể dùng cho nhiều loại thiết bị từ xa. Đặc tính : - Được sản xuất theo công nghệ CMOS - Tiêu thụ công suất thấp - Vùng điện áp hoạt động: 2.2V-5V - Sử dụng được nhiều phím - Ít thành phần ngoài Ứng dụng: - Bộ phát hồng ngoại dung trong các thiết bị điện tử như: Television, Video Cassette Recode Chân 1 (Vss): là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện. Chân 2 và 3: là hai đầu để nối với thạch anh bên ngoài cho bộ tạo dao động ở bên trong IC. Chân 4 – 9: là đầu của tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân từ K1 đến K6 kết hợp với các chân 10 đến 12 (T1 – T3) để tạo thành ma trận 18 phím. 6 Chân 13 ( CODE ): là chân mã số dùng để kết hợp với các ch để tạo ra tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu. Chân 14 (TEST): là chân dùng để kiểm tra mã của phần phát, khi không sử dụng có thể bỏ trống. Chân 15 ( TXout): là đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM. Chân 16 ( Vcc): là chân cấp nguồn dương. Bộ tạo dao động và bộ phân tần: Để có thể phát được đi xa, ta cần có xung có tần số 38Khz ở nơi nhận nhưng trên thị trường khó tìm được thạcđúng tần số nên ta chọn tần số của thạch anh là 455Khz cho bộ tạo dao độn đó tần số sẽ được đưa qua bộ phân tần để chia nó ra thành 12 lần. Mạch điện phím vào: Có tổng cộng 18 phím được nối tới các chân K1 – K6 và mạch hoạt động thời gian T1 – T3 để tạo ra bàn phím ma trận (6*3). 7 - Phím 1 – 6: là những phím cho ra tín hiệu liên tục khi ấn giữ. - Phím 7 – 18: là những phím cho ra những tín hiệu không liên tục. Tín hiệu sẽ bị mất ngay khi nhấn vào cho dù có giữ phím. Mạch hoạt động tín hiệu thời gian Mạch phát sinh tín hiệu: - Lệnh truyền: gồm một từ lệnh được tạo bởi 3 bit mã người dùng, 1 bit mã liên tục, 2 bit mã không liên tục và 6 bit mã ngõ vào. Vậy, nó có 12 bit mã.Trong đó, 3 bit mã người dùng được tạo như sau: Dữ liệu của 3 bit mã T1, T2, T3 sẽ là “1” nếu 1 diode được nối giữa chân CODE và chân Tn (n = 1-3); và là “0” khi không nối diode. Vì IC thu PT2249, chỉ có 2 bit mã (CODE 2, CODE 3), nên chân T1 của PT2249 sẽ luôn ở mức “1”. 8 o C1,C2,C3 : mã người dùng o H : mã tín hiệu liên tục o S1,S2 : mã tín hiệu không liên tục o D1- D6 : mã ngõ vào Dạng sóng chuyền: - Thời gian của bit “a” phụ thuộc vào tần số dao động và được tính bởi công thức: 9 -Tín hiệu liên tục: - Khi nhấn bất kỳ 1 phím không liên tục, tín hiệu không liên tục chỉ truyền 2 từ lệnh đến ngõ ra. - Tín hiệu liên tục : - Khi nhấn bất kỳ một phím liên tục , tín hiệu liên tục sẽ lặp lại chu kỳ s khi truyền 2 từ lệnh và thời gian dừng cho đến khi phím không được nhấn nữa - Một vài tham số quan trọng: 10 [...]... Nguồn có thể sử dụng (đối với mạch phát) là 02 tháng Mạch thu có thể kết nối cho 10 thiết bị khác nhau, sử dụng nguồn trực tiếp từ lưới điện Mạch có thể kết hợp mạch vi xử lý để điều khiển hẹn giờ, ứng dụng trong công nghiệp và trong gia dụng 18 Đây là bài viết khá rõ ràng về nguyên tắc thu phát hồng ngoại và ứng dụng trong điều khiển ngoại vi III, Sản phẩm cảm biến hồng ngoài điều khiển 4 LED: Hình 7:... có nhiệm vụ tạo ra lệnh cho khối điều khiển phát tín hiệu tương ứng với một thiết bị cần điều khiển thông qua khối phát tín hiệu - Khối điều khiển: sẽ xử lý những thông tin từ khối bàn phím gởi đến để đưa ra lệnh điều khiển thích hợp cho khối phát, phát chuỗi tín hiệu theo dạng xung nhị phân - Khối tạo dao động: có nhiệm vụ tạo ra tần số xung nhịp cho các khối điều khiển làm việc - Khối phát: có nhiệm...Hình 4: Than số quan trọng 11 2, IC thu tín hiệu và mã hóa hồng ngoại PT2 249 : - PT2 249 cũng được chế tạo bởi công nghệ CMOS Nó có thể điều khiển tối đa 10 thiết bị * Đặc tính : + Tiêu tán công suất thấp + Khả năng chống nhiễu rất cao + Nhận được đồng thời 5 chức năng từ IC phát PT2 249 + Cung cấp bộ tạo dao động RC + Bộ lọc số và Bộ kiểm tra mã... hồng ngoại và ứng dụng trong điều khiển ngoại vi III, Sản phẩm cảm biến hồng ngoài điều khiển 4 LED: Hình 7: Sơ đồ mạch nguyên lý bộ phát Hình 8: Sơ dồ mạch nguyên lý bộ thu 19 Hình 9: Cảm biến hồng ngoài điều khiển 4 LED Hình 10: Bộ phát 20 Hình 11: Bộ thu 21 ... phát đi một lần b PT 2 249 IC PT2 249 : Là một mạch tích hợp có nhiệm vụ là nhận tín hiệu (các chuỗi xung vuông gởi tới từ IC phát) từ chân IN, sau đó sẽ so sánh và giải mã để biết được thông điệp gới đến là gì rồi điều khiển các chân ngõ ra từ chân 3 – 12 trên IC c Thông số * MÔ TẢ: Mạch thu – phát gồm 1 mạch phát và 1 mạch thu Mạch phát: gồm 5phím nhấn ký hiệu từ 1 đến 5tương ứng là 5 thiết bị Nguồn... sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tuỳ theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau sẽ quyết định màu sắc của LED Thông thường, LED có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 – 2,8V tuỳ theo màu sắc phát ra, màu đỏ: 1 ,4 – 1,8V, vàng: 2 – 2,5V, còn màu xanh lá cây: 2 – 2,8V, và dòng điện qua LED tối đa khoảng vài mA 5, Sơ đồ khối... sẽ được lặp lại 3, LED thu tín hiệu hồng ngoại PIC 1018SCL: PIC – 1018SCL là IC thu tín hiệu hồng ngoại với những ưu điểm sau: - Là IC có Kích thước nhỏ - Phạm vi thu nhận tín hiệu xa (+,- 45 độ) - Khả năng chống nhiễu tốt * Sơ đồ khối của PIC 1018SCL: Hình 6: LED thu tín hiệu hồng ngoại 14 - Giải thích sơ đồ khối: Tín hiệu hồng ngoại từ nguồn phát qua bộ truyền đến mạch thu được led hồng ngoại nhận... nào đó) - Khối nguồn: cung cấp điện năng cho các khối trong mạch làm việc 6, Nhiệm vụ và thông số của mạch: a IC thu phát PT 2 248 : IC PT2 248 là một mạch tích hợp có nhiệm vụ là phát ra một chuỗi xung vuông từ chân Out khi có các tổ hợp phím được nhấn từ chân 4 – 12 thông qua Led phát hồng ngoại Với mỗi một phím nhấn sẽ là một mã (một chuỗi xung vuông) khác nhau Sẽ được phát đi liên tục hoặc không liên... được) dùng trong các mạch báo động, điều khiển từ xa…) Với GaAsP (Gallium Arsenide phosphor) năng lượng phát ra là ánh sáng \vàng hay đỏ Với GaP (Gallium phosphor), năng lượng ánh sáng phát ra màu vàng hoặc xanh lá cây Các Led phát ra ánh sáng thấy được dùng để làm đèn báo,trang trí… Phần ngoài của LED có một thấu kính để tập trung ánh sáng phát ra ngoài 15 Hình 7: Led phát tín hiệu hồng ngoại Để có ánh... ngõ vào =0 ,Ic=1.5mA - Tần số dao động F0=37.9KhZ - Tín hiệu ngõ ra là tín hiệu đảo - Mức cao ngõ ra VOH=VCC-0.5v - Mức thấp ngõ ra VOL=0.2v - Độ rộng xung =60us - Hoạt động ở nhiệt độ từ-10->+60 4) LED quang - LED phát tín hiệu hồng ngoại: Ở quang trở, quang diode và quang transistor, năng lượng của ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn và cấp năng lượng cho các điện tử vượt dãi cấm Ngược blại khi một điện . ngoài. 15 Hình 7: Led phát tín hiệu hồng ngoại Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED. Tu theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau sẽ quyết định. Thông thường, LED có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 – 2,8V tu theo màu sắc phát ra, màu đỏ: 1,4 – 1,8V, vàng: 2 – 2,5V, còn màu xanh lá cây: 2 – 2,8V, và. nhấn sẽ là một mã (một chuỗi xung vuông) khác nhau. Sẽ được phát đi liên tục hoặc không liên tục tu vào phím được nhấn có phải là phím liên tục hay không, nếu không phải là phím liên tục thì chỉ